3.3.1. Khối lượng riêng
Các mảnh vỡ của mẫu sau khi đo độ bền nén được thu thập để xác định khối lượng riêng. Các mẫu được lựa chọn đại diện để xác định khối lượng riêng là C33, C335, H4 và I4. Bằng phương pháp xác định khối lượng riêng của gạch, chúng tôi thu được kết quả ở bảng 3.16.
Bảng 3.16. Khối lượng riêng một số sản phẩm
Mẫu TT m (g) V (mL) Ds (g/cm3) Khối lượng riêng TB (Ds)
C33 1 50,72 23,5 2,16 Ds = 2,16 ± 0,02% 2 46,25 21,5 2,15 3 52,82 24,2 2,18 C335 1 46,16 22,1 2,09 Ds = 2,08 ± 0,01% 2 51,98 25,1 2,07 3 49,02 23,5 2,08 H4 1 54,17 21,9 2,47 Ds = 2,46 ± 0,01% 2 51,65 21,1 2,45 3 47,26 19,1 2,47 I4 1 43,27 17,2 2,51 Ds = 2,52 ± 0,02% 2 48,19 19,0 2,54 3 42,38 16,8 2,52
Từ kết quả khối lượng riêng của các mẫu (bảng 3.16), chúng tôi nhận thấy khối lượng riêng của các mẫu đóng rắn không nung cao hơn khối lượng riêng của các mẫu vật liệu đóng rắn có nung.
3.3.2. Độ hút nước
Chúng tôi tiến hành khảo sát độ hút nước của một số mẫu sản phẩm theo phương pháp xác định độ hút nước của gạch. Tương tự phần trên, các mẫu được lựa chọn là: C33, C335, H4 và I4.
Bảng 3.17. Độ hút nước của một số mẫu vật liệu
Mẫu TT m0 (g) m1 (g) Hp (%) Độ hút nước TB (Hp%) C33 1 161,35 186,68 15,7 Hp = 16,2 ± 0,6% 2 163,27 189,72 16,2 3 161,73 188,90 16,8 C335 1 162,84 186,61 14,6 Hp = 14,6 ± 0,5% 2 163,90 188,65 15,1 3 164,02 187,31 14,2 H4 1 198,68 223,32 12,4 Hp = 12,3 ± 0,4% 2 196,36 219,73 11,9 3 198,14 223,11 12,6
I4 1 197,20 222,64 12,9 Hp = 12,9 ± 0,5% 2 196,18 222,47 13,4
3 196,83 221,43 12,5
Từ kết quả đo độ hút nước của các mẫu C33, C335, H4 và I4 chúng tôi nhận thấy rằng độ hút nước của mẫu vật liệu nung cao hơn độ hút nước của mẫu vật liệu không nung. Mẫu C335 có độ hút nước khoảng 14,6%, thấp hơn độ hút nước của mẫu C33 (khoảng 16,2%). Điều này được giải thích do việc thêm chất khoáng hóa Na2SiF6 làm tăng khả năng tham gia phản ứng của các phối liệu, dẫn đến kết cấu của mẫu đặc sít hơn. Do đó, khả năng hút nước của mẫu có thêm chất khoáng hóa giảm so với mẫu không thêm.
Độ hút nước của các mẫu không nung có cùng hàm lượng xi măng (15%) chênh lệch nhau không nhiều. Có khả năng sự chênh lệch hàm lượng bùn đỏ trong mẫu làm cho độ hút nước của mẫu I4 (khoảng 12,9%) cao độ hút nước của mẫu H4
(khoảng 12,3%).
3.3.3. Dư lượng kiềm
Để đánh giá mức độ phản ứng của NaOH trong quá trình đóng rắn cũng như chất lượng của mẫu vật liệu, chúng tôi tiến hành khảo sát dư lượng kiềm trong một số mẫu sản phẩm đóng rắn.
Dư lượng kiềm trong mẫu được xác định theo phương pháp ở mục 2.3.6.5, tuy nhiên vì lý do độ nhạy của phương pháp nên chúng tôi lựa chọn thay thế dung dịch HCl 0,1N bằng dung dịch HCl 0,05N. Đối với vật liệu có nung, chúng tôi lựa chọn mẫu đại diện là C33 và C335. Còn đối với vật liệu không nung, chúng tôi lựa chọn mẫu H4 và I4 (đã bảo quản 4 tuần). Kết quả dư lượng kiềm trong mẫu vật liệu đóng rắn được trình bày trong bảng 3.18.
Bảng 3.18. Dư lượng kiềm trong một số mẫu vật liệu
Mẫu m (g) TT VHCl (mL)
Dư lượng kiềm tan
(K%) K (n = 3) C33 4,87 1 – – – 2 – – 3 – – 1 – –
2 – – 3 – – H4 5,12 1 0,4 0,30 K = 0,28 ± 0,04% 2 0,4 0,30 3 0,3 0,23 I4 5,08 1 0,4 0,30 K = 0,35 ± 0,04% 2 0,5 0,38 3 0,5 0,38
Hầu như không tồn tại dư lượng kiềm trong mẫu vật liệu nung. Điều đó chứng tỏ rằng NaOH đã tham gia hoàn toàn vào các phản ứng đóng rắn ở nhiệt độ cao. Đối với mẫu vật liệu không nung, dư lượng kiềm vào khoảng 0,28% (mẫu H4) và 0,35% (mẫu I4). Dư lượng kiềm trong mẫu vật liệu không nung gây ra không những do bã thải bùn đỏ mà còn do sự hidrat hóa của xi măng. Tuy nhiên, có khả năng một phần lượng kiềm tan đã tham gia vào phản ứng đóng rắn với SiO2 trong phối liệu.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN
Qua quá trình nghiên cứu đóng rắn bã thải bùn đỏ nhà máy hóa chất Tân Bình với các phối liệu, mục đích nhằm tạo ra các vật liệu dùng được trong xây dựng, chúng tôi đã thu được những kết quả sau:
1. Đặc tính phối liệu:
- Bùn đỏ có kích thước khá mịn, với đa số các tập hợp hạt cỡ khoảng 10 – 30 µm. Thành phần hóa học của bã thải bùn đỏ chủ yếu bao gồm các nguyên tố: O, Fe, Al, Na, Ca, Si, Ti với hàm lượng ôxit sắt là 42,93%, nhôm ôxit 22,72 %, Na2O tan 5,27%. Bùn đỏ không nung chứa khoáng goethite FeO(OH) và sodium aluminum sillicate hydrate, các cấu tử còn lại ở dạng vô định hình. Bùn đỏ nung 1giờ ở 900oC bao gồm các khoáng α-Fe2O3, Fe2TiO5, rutile TiO2. Độ giảm khối lượng tổng cộng của bùn đo do mất nước cấu trúc khoảng 12%.
- Đất sét Hương Trà gồm các khoáng quartz SiO2, muscovite KAl2Si3AlO10(OH)2. Khoáng này chuyển thành potassium aluminum sillicate có thành phần KAl3Si3O11. Khi nung 1 giờ ở 900oC sự tạo thành khoáng KAl3Si3O11 này qui định đặc tính đóng rắn của mẫu đất sét do nung.
- Cát có thành phần chính là SiO2 sẽ tham gia tương tác với các gốc kiềm trong xi măng và trong bùn đỏ.
2. Chế tạo vật liệu đóng rắn có nung đi từ phối liệu đất sét Hương Trà, bùn đỏ và chất khoáng hóa Na2SiF6: Đã khảo sát được các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính vật liệu đóng rắn có nung như: hàm lượng nguyên liệu đầu, nhiệt độ nung, thời gian nung, hàm lượng chất khoáng hóa. Với tỉ lệ phối liệu là 80% bùn đỏ và 20% đất sét và 1% chất khoáng hóa Na2SiF6 mẫu nung 90 phút ở 10000C có cường độ nén 102,7 kg/cm2 đáp ứng tiêu chuẩn làm gạch đặc đất sét nung (TCVN 1451:1998).
3. Chế tạo vật liệu đóng rắn không nung: Đã khảo sát được các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính vật liệu đóng rắn không nung như: hàm lượng nguyên liệu đầu, thời gian đóng rắn và lực ép mẫu. Hàm lượng nguyên liệu phù hợp cho quá trình đóng rắn là xi măng 15%, bùn đỏ 50% (hoặc 55%), cát sông 35% (hoặc 30%).
- Độ bền nén của mẫu vật liệu tăng theo thời gian đóng rắn. Trong tuần đầu tiên cường độ nén của mẫu phát triển nhanh nhất, và tiếp tục tăng với tốc độ chậm dần trong các tuần tiếp theo. Với hàm lượng nguyên liệu trên thì cường độ mẫu đạt khoảng 57 – 58 kg/cm2 sau thời gian 4 tuần.
- Khi tăng lực ép mẫu, độ bền nén của mẫu tăng. Lực ép mẫu phù hợp với quá trình đóng rắn vật liệu là 40kg/cm2. Với hàm lượng phối liệu trên, khi tăng lực ép mẫu lên 40kg/cm2 thì độ bền nén mẫu đạt khoảng 68 – 69kg/cm2.
4. Một số đặc tính sản phẩm đóng rắn:
- Khối lượng riêng: Nhìn chung khối lượng riêng của mẫu vật liệu đóng rắn có nung nhẹ hơn vật liệu đóng rắn không nung.
- Độ hút nước: Độ hút nước của vật liệu nung cao hơn vật liệu không nung. Tuy nhiên, độ hút nước của 2 loại vật liệu đều đạt tiêu chuẩn cho gạch dùng trong xây dựng.
- Dư lượng kiềm: Hầu như không tồn tại dư lượng kiềm trong mẫu vật liệu nung. Trong mẫu đóng rắn không nung, dư lượng kiềm khoảng 0,3%.
KIẾN NGHỊ
Do hạn chế về điều kiện thí nghiệm cũng như thời gian thực hiện luận văn, chúng tôi chưa thể khảo sát đầy đủ quá trình đóng rắn bùn đỏ với một số phối liệu
khác. Vì vậy, chúng tôi đề xuất một số hướng cho các nghiên cứu tiếp theo:
1. Đưa một số phối liệu có tính axit vào nhằm triệt tiêu dư lượng kiềm trong vật liệu đóng rắn không nung.
2. Khảo sát quá trình đóng rắn của bã thải bùn đỏ với một số phối liệu khác như: Vôi tôi, tro trấu, thủy tinh lỏng, RRP…
3. Nghiên cứu xác định dư lượng phóng xạ trong mẫu vật liệu sản phẩm. 4. Từng bước triển khai thí nghiệm trong điều kiện thực tế.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt:
1. Lê Thuận Đăng (2001), Hướng dẫn lấy mẫu và thử các tính chất cơ lý vật liệu
xây dựng, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội.
2. R.A. Lidin, V.A. Molosco, L.L. Andreeva (Lê Kim Long, Hoàng Nhuận dịch) (2001), Tính chất lý hóa học các chất vô cơ, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
3. Phùng Văn Lữ (1998), Giáo trình Vật liệu xây dựng, NXB Giáo dục, Hà Nội.
4. Nguyễn Hoàng Nghị (2003), Các phương pháp thực nghiệm phân tích cấu trúc, NXB Giáo dục, Hà Nội.
5. Âu Duy Thành (2001), Phân tích nhiệt các khoáng vật trong mẫu địa chất, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
6. Lê Xuân Thành (2007), “Nghiên cứu chế tạo vật liệu chịu lửa từ bùn đỏ”, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ, ĐHBK Hà Nội.
7. Phan Văn Tường (2007), Vật liệu vô cơ (Vật liệu gốm – chất màu cho đồ gốm,
vật liệu thủy tinh, xi măng và bê tông), NXB Đại học Quốc gia Hà Nội.
Tiếng Anh:
8. E. Lee Bray (2009), Minerals yearbook – Bauxite and Alumina, U.S. Department of the Interior & U.S. Geological Survey.
9. Anthony M. Evans (1993), Ore geology and industrial minerals (3rd edition),
Blackwell Publishing, Singapore.
10. Paul Gabbott (2008), Priciples and Applacation of Thermal Analysis, Blackwell Publishing, Singapore.
11. Joseph I. Goldstein, Charles E. Lyman, Dale E. Newbury, Eric Lifshin, Patrick Echlin, Linda Sawyer, David C. Joy, Joseph R. Michael (2003), Scanning
Electron Micoscopy and X-Ray Microanalysis, Plenum Publishers, New York.
12. Fathi Habashi (2005), “A short history of hydrometallurgy”, Hydrometallurgy
(79), pp. 15 – 22.
13. Andrew R. Hind, Suresh K. Bhargava, Stephen C. Grocott (1999), “The surface chemistry of Bayer process solids: a review”, Physicochemistry and Engineering Aspect (146), pp. 354 – 374.
14. Ekrem Kalkan (2006), “Utilization of red mud as a stabilization material for the preparation of clay liners”, Engineering Geology (87), pp. 220 – 229.
15. Wanchao Liu, Jiakuan Yang (2009), "Applacation of Bayer red mud for iron recovery and building material production from alumosilicate residues”,
Journal of Hazardous Materials (161), pp. 474 – 478.
16. Zhihua Pan, Lin Cheng, Yinong Lu, Nanru Yang (2001), “Hydration products of alkali-activated slag-red mud cementitious material”, Cement and Concrete
Research (32), pp. 357 – 362.
17. Maneech Singh, S.N. Upadhayay, P.M. Prasad (1997), “Preparation of iron rich cements using red mud”, Cement and Concrete Research, Vol 27, (No 7), pp. 1037 –1046.
18. Harold F.W. Taylor (1990), Cement Chemistry, Academic Press, London.
19. B. K. G. Theng (1979), Formation and properties of Clay – Polymer complexes,
Elsevier Scientific Publishing Company, The Netherlands.
20. D. Tuazon, G.D. Corder (2008), “Life cycle assessment of seawater neutralised red mud for treatment of acid mine drainage”, Resources, Coservation and
Recycling (52), pp. 1307–1314.
21. Ida Valeton (1972), Bauxites, Elsevier Publishing Company, The Netherlands.
22. Douglas Vaughan (1999), Energy Dispersive X-Ray Microanalysis, NORAN Instruments.
23. Jiakuan Yang, Dudu Zhang, Jian Hou, Baoping He, Bo Xiao (2008), “Preparation of glass-ceramics from red mud in the aluminium insductries”,
Ceramics International (34), pp. 125–130.
Các website:
24. Tấn Đức (2010), “Nguy cơ từ bùn đỏ”, http://www.thesaigontimes.vn,
14/10/2010
25. Đoàn Hạnh (2010), “BaseconTM - công nghệ xử lý bùn đỏ thải ra từ nhà máy alumin”, http://vinamin.vn, 12/10/2010.
26. Đình Lý (2011), “Vật liệu xây dựng không nung – góp phần giảm khí thải, ô nhiễm môi trường”, http://www.sggp.org.vn, 09/05/2011.
27. Tập đoàn hóa chất Việt Nam (2002), “Sản xuất nhôm ôxit và nhôm hydrôxit tại Công ty hóa chất cơ bản miền Nam”, http://www.vinachem.com.vn,
28. Nguyễn Quý Thép (2011), “Cần bao nhiêu tiền để biến bùn đỏ thành vật liệu xây dựng”, http://bee.net.vn, 14/02/2011.
29. International Aluminium Institute (2011), “Goelogy of Bauxite”,
http://www.world-aluminium.org, 17/03/2011.
30. International Aluminium Institute (2011), “Bauxite residue”,
http://www.world-aluminium.org, 17/03/2011.
31. Y. Pontikes (2005), “Bayer process”, http://www.redmud.org, 13/07/2005.
32. Jim Schweitzer (2010), Scanning Electron Microscopy,